一种可视化的应用于地下结构液化大变形振动台试验结构水平向大位移测试方法和装置

摘要

一种可视化的应用于地下结构液化大变形振动台试验结构水平向大位移测试方法和装置属于土木工程技术领域。装置包括叠层剪切形模型箱、位移测量系统装置和需要测定位移的结构；位移量测系统装置包括位移测试系统读入装置、虹吸管、位移测试系统读出装置；虹吸管内部有液压油，虹吸管左右两端分别通过位移测试系统读入装置虹吸管连接口和位移测试系统读出装置虹吸管连接口同位移测试系统读入装置和位移测试系统读出装置相连；位移测试系统读入装置和位移测试系统读出装置必须处于同一水平高度，以保证两头端口处保持同一大气压；本发明可靠性高，解决振动台试验条件下液化场地中地下结构大变形的测量问题。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种可视化的应用于地下结构液化大变形振动台试验结构水平向大位移测试方法和装置。

背景技术

近年来的地震灾害表明，地铁等地下结构的破坏很大一部分是因地基产生过大变形引起的倾覆和开裂，或因差异沉降引起的裂缝而影响工程结构的正常使用，即土体的大变形引起的地下结构的破坏。随着大规模的轨道交通建设，地铁车站结构不可避免穿越可液化土层，砂土液化产生大变形会对地铁车站结构产生重要影响，研究地下结构在液化场地下的位移变化规律就显得尤其重要。由于缺乏现场实测数据，近年来，振动台试验是测取结构变形的重要手段之一。

但由于测量技术的相对滞后，在土的动力试验，尤其是在地下结构的大型振动台试验中，结构的位移以及动态变化过程一直缺乏合适的测试方法。

接触式测量，需要将测试仪器固定或贴紧在所测结构表面，目前常用的是拉线式位移计，但是振动过程中结构的位移变化难易实时观测。非接触性位移测试技术作为一类新的位移测试方法，与常规物理或机械式位移测试方法相比，具有测试精度高并可以有效消除由于接触而产生的位移测试误差等优点，但也存在测试点位置及测试量程受限等缺点。针对目前的接触性、非接触性位移测试技术的缺陷，近年来学者开展了采用光学相机采集的照片、动态视频结合后期图像处理的全局化、自动化位移测试技术的研究。但是对于土体内部结构，受内部结构可视化的影响，目前的测试手段难以实现。

接触式位移测量和非接触式位移测量的结合，既可以获得地下结构位移变化值，又可以实现振动台试验中结构位移变化过程的实时监测，将更有效得监测地下结构的位移变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高，用于地下结构振动台试验中地下结构位移测试的装置和方法。克服上述的不足，解决振动台试验条件下液化场地中地下结构大变形的测量问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可视化的应用于地下结构液化大变形振动台试验结构水平向大位移测试方法和装置，包括叠层剪切形模型箱1、位移测量系统装置2和需要测定位移的结构3；其中，

所述结构3上所测位移位置处应该设置有结构预埋件螺钉4，方便同位移测量系统2的结构预埋件连接活塞杆8相连，其中结构预埋件连接活塞杆8端头部位内部设有螺纹孔。

所述位移量测系统装置2包括位移测试系统读入装置5、虹吸管6、位移测试系统读出装置7。虹吸管6内部有液压油，虹吸管左右两端分别通过位移测试系统读入装置虹吸管连接口11和位移测试系统读出装置虹吸管连接口12同位移测试系统读入装置5和位移测试系统读出装置7相连。位移测试系统读入装置5和位移测试系统读出装置7必须处于同一水平高度，以保证两头端口处保持同一大气压。补充

所述位移测试系统读入装置5包括结构预埋件连接活塞杆8、位移测试系统读入装置活塞9、位移测试系统读入装置活塞桶10、位移测试系统读入装置虹吸管连接口11。当结构3发生运动时，引起结构预埋件螺钉4和结构预埋件连接活塞杆8的运动，推动位移测试系统读入装置活塞9的位移变化，导致位移测试系统读入装置活塞桶10内部气压变化引起虹吸管6内液压油的左右运动。

所述位移测试系统读出装置7包括位移测试系统读出装置虹吸管连接口12、位移测试系统读出装置活塞桶13、位移测试系统读出装置活塞14、标尺15、液体刻度显示管16。虹吸管6内液压油的左右运动引起位移测试系统读出装置活塞桶13左侧桶内的气压变化，带动位移测试系统读出装置活塞14的左右移动，由此改变位移测试系统读出装置活塞桶13右侧桶内的气压变化，造成液体刻度显示管16内部液压油的移动，液体刻度显示管16管体表面标有相应刻度，液体刻度显示管16内部液压油初始位置为标尺15所标定位置。利用高速摄像机记录试验过程中液体刻度显示管16内部液压油的运动，这样叠层剪切形模型箱1内部结构3的绝对位移变化过程就通过液体刻度显示管16内部液压油的左右运动体现出来，再利用数字图像处理技术，获得标示点处的试验结果，不同位置处的绝对位移变化差值就体现了结构的变形。

本发明的有益效果在于：

该装置克服了振动台试验中地下结构位移监测困难的问题，将接触式位移测量和非接触式位移测量进行结合，既可以获得地下结构位移变化值，又可以实现振动台试验中结构位移变化过程的实时监测，将更有效得了解地下结构的位移变化情况。具有结构简单，可靠性高，易于实施和围护的特点，可望在其他类似试验中得以应用。

附图说明

图1是本发明一种叠层剪切模型箱和结构位移测试系统整体装配示意图；

图2是本发明一种结构和位移测试系统连接装置示意图；

图3是本发明一种位移测试系统示意图；

图4是本发明一种位移测试系统读入装置示意图；

图5是本发明一种位移测试系统读出装置示意图；

图6是本发明效果图。

附图标记：

1叠层剪切箱2位移测试系统

3结构4结构预埋件螺钉

5位移测试系统读入装置6虹吸管

7位移测试系统读出装置8结构预埋件连接活塞杆

9位移测试系统读入装置活塞10位移测试系统读入装置活塞桶

11位移测试系统读入装置虹吸管连接口12位移测试系统读出装置虹吸管连接口

13位移测试系统读出装置活塞桶 14位移测试系统读出装置活塞

15标尺 16液体刻度显示管

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步描述。如图1-5所示，一种可视化的应用于地下结构液化大变形振动台试验结构水平向大位移测试方法和装置，包括叠层剪切形模型箱1、位移测量系统装置2和需要测定位移的结构3。

如图1、图2和图4所示，结构3上所测位移位置处应该设置有结构预埋件螺钉4，方便同位移测量系统2的结构预埋件连接活塞杆8相连，其中结构预埋件连接活塞杆8端头部位内部设有螺纹孔。

如图1和图3所示，位移量测系统装置2包括位移测试系统读入装置5、虹吸管6、位移测试系统读出装置7。虹吸管6内部有液压油，虹吸管左右两端分别通过位移测试系统读入装置虹吸管连接口11和位移测试系统读出装置虹吸管连接口12同位移测试系统读入装置5和位移测试系统读出装置7相连。位移测试系统读入装置5和位移测试系统读出装置7必须处于同一水平高度，以保证两头端口处保持同一大气压。

如图1、图3和图4所示，位移测试系统读入装置5包括结构预埋件连接活塞杆8、位移测试系统读入装置活塞9、位移测试系统读入装置活塞桶10、位移测试系统读入装置虹吸管连接口11。当结构3发生运动时，引起结构预埋件螺钉4和结构预埋件连接活塞杆8的运动，推动位移测试系统读入装置活塞9的位移变化，导致位移测试系统读入装置活塞桶10内部气压变化引起虹吸管6内液压油的左右运动。

如图1、图3和图5所示，位移测试系统读出装置7包括位移测试系统读出装置虹吸管连接口12、位移测试系统读出装置活塞桶13、位移测试系统读出装置活塞14、标尺15、液体刻度显示管16。虹吸管6内液压油的左右运动引起位移测试系统读出装置活塞桶13左侧桶内的气压变化，带动位移测试系统读出装置活塞14的左右移动，由此改变位移测试系统读出装置活塞桶13右侧桶内的气压变化，造成液体刻度显示管16内部液压油的移动，液体刻度显示管16管体表面标有相应刻度，液体刻度显示管16内部液压油初始位置为标尺15所标定位置。利用高速摄像机记录试验过程中液体刻度显示管16内部液压油的运动，这样叠层剪切形模型箱1内部结构3的绝对位移变化过程就通过液体刻度显示管16内部液压油的左右运动体现出来，再利用数字图像处理技术，获得标示点处的试验结果，不同位置处的绝对位移变化差值就体现了结构的变形。

该装置克服了振动台试验中地下结构位移监测困难的问题，将接触式位移测量和非接触式位移测量进行结合，既可以获得地下结构位移变化值，又可以实现振动台试验中结构位移变化过程的实时监测，将更有效得了解地下结构的位移变化情况。具有结构简单，可靠性高，易于实施和围护的特点，可望在其他类似试验中得以应用。

在某场地波作用下，采用本说明中位移测试方法测得的非液化场地下地下结构位移，与同类型振动台试验中，采用拉线式位移计测得的结构的位移，只是大小上存在略微差别，位移变化趋势基本相似，说明自行研发的位移测试方法具有较好的测试效果，同时克服了拉线式位移计需要在箱体一侧开洞引出测线从而不能在液化工况下使用的弊端，可以用于液化场地下振动台试验中结构位移的测试。

最后所应该说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替代，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在发明权利要求范围中。